肖承仟 高曉峰 郭俊杰

（國(guó)網(wǎng)河南省電力公司平頂山供電公司，河南 平頂山 467001）

1 變壓器損壞原因分析

變壓器會(huì)發(fā)生的各種故障甚至爆炸著火的原因通常是由于電弧導(dǎo)致的過(guò)壓，而產(chǎn)生電弧的原因包括[1]：

1）一個(gè)繞組的線圈之間發(fā)生閃絡(luò)。

2）線圈之間出現(xiàn)故障。

3）繞組、鐵心、油箱和連接線纜之間發(fā)生閃絡(luò)。

4）套管故障（通常是高壓套管）。

5）有載分接開(kāi)關(guān)故障。

電弧會(huì)導(dǎo)致變壓器油氣化，導(dǎo)致過(guò)壓并以球形向四周擴(kuò)展。產(chǎn)生的氣體量取決于電弧的能量和故障的持續(xù)時(shí)間。IEEE報(bào)告“變壓器油箱破裂和移位”中列出了計(jì)算得出的最大氣體生成率為500ml/kW，有時(shí)產(chǎn)生的過(guò)壓會(huì)超出14bar，并伴隨高達(dá)5000bar/s的增加速度。壓升和產(chǎn)生的過(guò)壓主要取決于電弧的能量、消失前發(fā)生的相位響應(yīng)次數(shù)以及開(kāi)始的位置。

壓力波會(huì)以接近音速的速度在變壓器油等中向四周擴(kuò)展，并對(duì)周圍所有物件（繞組包、箱壁等）施力，變壓器油箱通常是弱點(diǎn)所在。根據(jù) OEM 規(guī)范，變壓器油箱的耐壓力至少為1bar。IEEE報(bào)告提到油箱的耐壓力（根據(jù)設(shè)計(jì)而異）為 1.4到 2.1bar之間，圓柱形油箱的耐壓力可高達(dá) 3.5bar。但這些數(shù)值均低于發(fā)生最嚴(yán)重故障時(shí)的壓力值。提高安全度的一種解決方案是提高油箱的耐壓能力[2-3]，但增加材料會(huì)導(dǎo)致價(jià)格提高，而且變壓器還要遵守特定國(guó)家的壓力容器法規(guī)。第二種解決方案是采用壓力釋放閥在變壓器過(guò)壓時(shí)釋放壓力。相關(guān)研究表明，采用壓力釋放閥能夠釋放因低能故障導(dǎo)致的過(guò)壓，使變壓器保持運(yùn)行或者至少不會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞。

對(duì)于高能故障，壓力釋放閥并不能提供 100%的保護(hù)，尤其是當(dāng)壓力釋放閥距離故障發(fā)生位置過(guò)遠(yuǎn)且壓力波已對(duì)其他位置造成損壞時(shí)。因此當(dāng)發(fā)生高能故障時(shí)，最重要的是盡快關(guān)閉變壓器，防止火災(zāi)蔓延。MPreC? LMPRD壓力釋放閥采用信號(hào)銷直接驅(qū)動(dòng)微動(dòng)開(kāi)關(guān)，從動(dòng)作到發(fā)出信號(hào)的時(shí)間僅需2ms。

當(dāng)然，變壓器在整個(gè)壽命周期發(fā)生高能或低能故障的幾率是較低的，因此在變壓器的使用壽命期間保持其絕對(duì)氣密性以及在整個(gè)該時(shí)間段保持其功能正常是至關(guān)重要的。

2 壓力釋放閥的設(shè)計(jì)及選型

1）壓力釋放閥的設(shè)計(jì)及工作原理

可參考德國(guó)制造商的 MPreC? LMPRD圖紙了解壓力釋放閥的設(shè)計(jì)原理。該壓力釋放閥包括一個(gè)法蘭，通過(guò)螺絲連接到變壓器油箱（或有載分接開(kāi)關(guān)蓋）的對(duì)接法蘭上。壓力釋放閥通過(guò)彈簧組壓入法蘭并使用2個(gè)襯墊密封。當(dāng)油箱內(nèi)壓力超出開(kāi)啟壓力時(shí)，壓力釋放閥向上彈出，油和氣體噴出并減小油箱內(nèi)部的壓力：當(dāng)壓力降至關(guān)閉壓力以下時(shí)，壓力釋放閥將再次密封。

2）壓力釋放閥的選型

壓力釋放閥的選型需要考慮的幾個(gè)參數(shù)是：外殼類型、開(kāi)啟壓力、接線方式、顏色、密封膠墊材料、信號(hào)標(biāo)桿等。

如圖1所示，MPreC? LMPRD壓力釋放閥可提供兩種不同型號(hào)的閥蓋。標(biāo)準(zhǔn)閥蓋具通過(guò)側(cè)面的百葉窗式裂縫排放油液。若采用“引油蓋”（Oil-Directed Cover），則可通過(guò)專用管路連接將油液導(dǎo)向變壓器下部進(jìn)行排放。

圖1 不同類型的壓力釋放閥

3 國(guó)標(biāo)JB/T 7065—2004簡(jiǎn)介

在國(guó)內(nèi)，所有制造商的壓力釋放閥必須滿足JB/T 7065—2004標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)描述了結(jié)構(gòu)類型、性能參數(shù)和技術(shù)要求，還提及了常規(guī)試驗(yàn)和型式試驗(yàn)的試驗(yàn)方法[4]。常規(guī)試驗(yàn)最重要的幾項(xiàng)包括：

開(kāi)啟壓力試驗(yàn)，在常溫下將壓縮空氣注入容器，當(dāng)壓力增量達(dá)到25～40kPa時(shí)，壓力釋放閥應(yīng)斷續(xù)跳動(dòng)，循環(huán)周期為1～4s，每次跳動(dòng)過(guò)程中信號(hào)開(kāi)關(guān)應(yīng)切換并可靠自鎖。機(jī)械信號(hào)也應(yīng)明顯作用，當(dāng)10次連續(xù)作用過(guò)程中無(wú)異常時(shí)，則視為符合要求。

表1 開(kāi)啟壓力試驗(yàn)對(duì)應(yīng)值列表

開(kāi)啟時(shí)間試驗(yàn)，采用模擬短路事故方式或者使用易燃?xì)怏w引爆實(shí)施，三次試驗(yàn)中至少有兩次試驗(yàn)的時(shí)間應(yīng)不超過(guò)2ms，則視為符合要求。

信號(hào)接點(diǎn)絕緣性能試驗(yàn)，“測(cè)試信號(hào)觸點(diǎn)之間以及信號(hào)觸點(diǎn)和地之間，在端子和地之間施加2kV短時(shí)工頻電壓，持續(xù)1min，不應(yīng)發(fā)生閃絡(luò)、穿透現(xiàn)象。

老化開(kāi)啟性能試驗(yàn)，在常溫條件下進(jìn)行的開(kāi)啟壓力試驗(yàn)中合格的壓力釋放閥應(yīng)靜置至少 24h，試驗(yàn)中測(cè)得的第一次開(kāi)啟壓力值應(yīng)符合表3的規(guī)定。試驗(yàn)方法同開(kāi)啟壓力試驗(yàn)。

密封壓力值的密封性能試驗(yàn)，常溫下在試驗(yàn)系統(tǒng)中注入變壓器油（油溫為 100℃）或煤油，將壓力釋放閥安裝到試驗(yàn)設(shè)備上，施加等于密封壓力值的壓力，持續(xù)2h，若沒(méi)有泄漏，則視為符合要求。

4 基于JB/T 7065—2004/2010的試驗(yàn)分析

JB/T 7065—2004介紹了如何測(cè)試壓力釋放閥。若由人工完成這些繁雜的測(cè)試，一個(gè)完整的測(cè)試流程大概需要兩天時(shí)間。

Messko公司研發(fā)的自動(dòng)測(cè)試設(shè)備平臺(tái)可以克服這個(gè)缺點(diǎn)，如圖2所示。這臺(tái)測(cè)試裝置配備一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)，并可連接到打印機(jī)和壓力系統(tǒng)，能夠自動(dòng)執(zhí)行試驗(yàn)程序，同時(shí)記錄所有結(jié)果，如圖3所示。

從圖3中可以看出，這臺(tái)壓力釋放閥自動(dòng)測(cè)試裝置，除了可以測(cè)試壓力釋放閥的開(kāi)啟壓力，關(guān)閉壓力、動(dòng)作時(shí)等參數(shù)外，還可以以曲線形式直觀的反映壓力釋放閥的動(dòng)作特性（圖中橫坐標(biāo)軸為時(shí)間，以ms為單位；縱軸是壓力值，以bar為單位）。

圖2 壓力釋放閥試驗(yàn)臺(tái)

圖3 壓力釋放閥試驗(yàn)循環(huán)的典型結(jié)果

5 主流壓力釋放閥的對(duì)比分析

為了測(cè)試各品牌壓力釋放閥的動(dòng)作特性，我們分別購(gòu)置了市場(chǎng)上最著名的德國(guó)、美國(guó)及我國(guó)沈陽(yáng)某公司生產(chǎn)的壓力釋放閥（所有的壓力釋放閥均為全新產(chǎn)品，具有出廠測(cè)試報(bào)告，包裝完好），并根據(jù)JB/T 7065—2004對(duì)這些壓力釋放閥進(jìn)行10次連續(xù)的開(kāi)啟壓力對(duì)比試驗(yàn)。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。

1）沈陽(yáng)制造的國(guó)內(nèi)產(chǎn)品

實(shí)驗(yàn)用的國(guó)產(chǎn)壓力釋放閥如圖4所示，其開(kāi)啟壓力為 10PSI（68.94kPa）。

圖4 國(guó)產(chǎn)壓力釋放閥

由圖5及表2可以看出，該壓力釋放閥雖然通過(guò)了開(kāi)啟壓力測(cè)試，但開(kāi)啟速度較慢，至少需要0.4s，同時(shí)在測(cè)試過(guò)程中還有一次滲漏的現(xiàn)象發(fā)生。

圖5 國(guó)產(chǎn)壓力釋放閥的開(kāi)啟壓力試驗(yàn)結(jié)果

表2 國(guó)產(chǎn)壓力釋放閥開(kāi)啟壓力試驗(yàn)數(shù)值分析

2）美國(guó)進(jìn)口壓力釋放閥

用于測(cè)試的美國(guó)壓力釋放閥開(kāi)啟壓力為 5psi（34.74kPa），如圖6所示。

圖6 美國(guó)進(jìn)口壓力釋放閥

由圖7及表3可以得出，美國(guó)進(jìn)口壓力釋放閥的第一次測(cè)試并未在公差范圍內(nèi)開(kāi)啟。該壓力釋放閥不符合JB/T 7065—2004標(biāo)準(zhǔn)。

圖7 美國(guó)進(jìn)口壓力釋放閥的試驗(yàn)結(jié)果

表3 美國(guó)進(jìn)口壓力釋放閥開(kāi)啟壓力試驗(yàn)數(shù)值分析

3）德國(guó)進(jìn)口壓力釋放閥

該產(chǎn)品開(kāi)啟壓力為10psi（68.94kPa），如圖8所示。

圖8 德國(guó)進(jìn)口壓力釋放閥

由圖9及表4可以看出，德國(guó)制造的壓力釋放閥在所有10次嘗試中均在公差范圍內(nèi)開(kāi)啟。實(shí)驗(yàn)曲線表明該設(shè)備的動(dòng)作特性非常穩(wěn)定。

圖9 德國(guó)進(jìn)口壓力釋放閥的試驗(yàn)結(jié)果

表4 德國(guó)進(jìn)口壓力釋放閥開(kāi)啟壓力試驗(yàn)數(shù)值分析

6 結(jié)論

壓力釋放閥能夠?yàn)楸Ｗo(hù)變壓器、有載分接開(kāi)關(guān)和類似設(shè)備內(nèi)部壓力過(guò)高時(shí)提供保護(hù)。JB/T 7065—2004標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于此類重要保護(hù)設(shè)備提出了非常高的要求，采用適當(dāng)?shù)臏y(cè)試設(shè)備對(duì)壓力釋放閥進(jìn)行測(cè)試也很重要。MPreC?自動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)旨在用于根據(jù) JB/T 7065—2004標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試壓力釋放閥，它不僅能夠測(cè)試開(kāi)啟壓力，還會(huì)提供試驗(yàn)的圖形說(shuō)明，是檢測(cè)壓力釋放閥的非常有用的工具。

[1] 孟濤. 淺議變壓器的故障分析與處理[J]. 甘肅農(nóng)業(yè),2014(16): 38-38, 40.

[2] 梅栴, 艾宏, 于成公. 簡(jiǎn)述壓力釋放閥的開(kāi)啟壓力和開(kāi)啟時(shí)間[J]. 變壓器, 2006, 43(9): 27-30.

[3] 余瑾, 丁國(guó)成, 陳慶濤, 等. 安徽電網(wǎng)變壓器壓力釋放閥校驗(yàn)工作情況[J]. 宿州學(xué)院學(xué)報(bào), 2012, 27(2):82-83.

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